RU2691659C1 - Method for non-invasive identification of objects by nmr spectra and device for its implementation - Google Patents
Method for non-invasive identification of objects by nmr spectra and device for its implementation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2691659C1 RU2691659C1 RU2018127382A RU2018127382A RU2691659C1 RU 2691659 C1 RU2691659 C1 RU 2691659C1 RU 2018127382 A RU2018127382 A RU 2018127382A RU 2018127382 A RU2018127382 A RU 2018127382A RU 2691659 C1 RU2691659 C1 RU 2691659C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- coils
- samples
- nmr
- coil
- sample
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 68
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 title claims description 48
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims abstract description 35
- 230000006698 induction Effects 0.000 claims abstract description 28
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 claims abstract description 24
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims abstract description 22
- 238000000655 nuclear magnetic resonance spectrum Methods 0.000 claims abstract description 16
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 9
- 239000013074 reference sample Substances 0.000 claims abstract description 7
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 18
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims description 15
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 9
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 3
- 238000005481 NMR spectroscopy Methods 0.000 abstract description 54
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 10
- 238000001514 detection method Methods 0.000 abstract 1
- 238000002595 magnetic resonance imaging Methods 0.000 description 20
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 20
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 description 15
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 13
- 230000035508 accumulation Effects 0.000 description 10
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 10
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 9
- 230000008569 process Effects 0.000 description 7
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 6
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 5
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 description 5
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 4
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 4
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 4
- 230000004044 response Effects 0.000 description 4
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 3
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 3
- 235000013305 food Nutrition 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 3
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 230000001934 delay Effects 0.000 description 2
- 229910052805 deuterium Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000006870 function Effects 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 230000004807 localization Effects 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 230000016776 visual perception Effects 0.000 description 2
- 235000013522 vodka Nutrition 0.000 description 2
- 238000005165 17O NMR spectroscopy Methods 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- YZCKVEUIGOORGS-OUBTZVSYSA-N Deuterium Chemical compound [2H] YZCKVEUIGOORGS-OUBTZVSYSA-N 0.000 description 1
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000219094 Vitaceae Species 0.000 description 1
- 230000005534 acoustic noise Effects 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 235000013334 alcoholic beverage Nutrition 0.000 description 1
- 230000001476 alcoholic effect Effects 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 230000000368 destabilizing effect Effects 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 229940079593 drug Drugs 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 230000005294 ferromagnetic effect Effects 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 235000021021 grapes Nutrition 0.000 description 1
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 1
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 1
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000000155 isotopic effect Effects 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 238000004949 mass spectrometry Methods 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000001208 nuclear magnetic resonance pulse sequence Methods 0.000 description 1
- 235000016709 nutrition Nutrition 0.000 description 1
- 230000035764 nutrition Effects 0.000 description 1
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000003534 oscillatory effect Effects 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-OUBTZVSYSA-N oxygen-17 atom Chemical compound [17O] QVGXLLKOCUKJST-OUBTZVSYSA-N 0.000 description 1
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 1
- 238000012805 post-processing Methods 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 1
- 238000000425 proton nuclear magnetic resonance spectrum Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000009774 resonance method Methods 0.000 description 1
- 238000012552 review Methods 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 238000012772 sequence design Methods 0.000 description 1
- 238000004904 shortening Methods 0.000 description 1
- 235000015096 spirit Nutrition 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 230000004936 stimulating effect Effects 0.000 description 1
- 235000000346 sugar Nutrition 0.000 description 1
- 150000008163 sugars Chemical class 0.000 description 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003313 weakening effect Effects 0.000 description 1
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 1
- 235000014101 wine Nutrition 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N24/00—Investigating or analyzing materials by the use of nuclear magnetic resonance, electron paramagnetic resonance or other spin effects
- G01N24/08—Investigating or analyzing materials by the use of nuclear magnetic resonance, electron paramagnetic resonance or other spin effects by using nuclear magnetic resonance
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Magnetic Resonance Imaging Apparatus (AREA)
Abstract
Description
Область техникиTechnical field
Изобретение относится к исследованию и неинвазивной идентификации визуально неразличимых образцов с целью выявления образцов, отличающихся по своим физико-химическим характеристикам от эталонного. Сопоставление исследуемого и эталонного образцов производится по их спектрам ЯМР и результатам обработки полученных данных. На основании их выявляются различия в спектральных характеристиках - в интенсивностях пиков и ширине линий, наличие дополнительных сигналов из-за примесей и др.The invention relates to the study and non-invasive identification of visually indistinguishable samples in order to identify samples that differ in their physico-chemical characteristics from the reference. Comparison of the investigated and reference samples is made according to their NMR spectra and the results of processing the obtained data. Based on them, differences in spectral characteristics are revealed - in peak intensities and line widths, the presence of additional signals due to impurities, etc.
Изобретение может найти широкое применение в идентификации контрафактных объектов, в т.ч. произведенных промышленным способом, например, для жидкостей, разлитых в одинаковых емкостях. В этом случае заявляемый способ позволяет выявить различия в объеме жидкости, содержании в ней примесей и т.д. При этом для проведения исследований сравниваемых объектов они должны быть доступны для регистрации методом ЯМР - в частности, они должны иметь размеры, приемлемые для их размещения в магнитно-резонансном оборудовании, и не содержать ферромагнитных включений.The invention can be widely used in the identification of counterfeit objects, including produced industrially, for example, for liquids poured in the same containers. In this case, the inventive method allows to detect differences in the volume of the liquid, the content of impurities in it, etc. At the same time, in order to conduct studies of compared objects, they must be available for registration by NMR - in particular, they must be of a size that is acceptable for their placement in magnetic resonance equipment, and must not contain ferromagnetic inclusions.
Уровень техникиThe level of technology
Заявляемое решение предполагает использование неинвазивного метода, а именно - метода ядерного магнитного резонанса (ЯМР), с помощью которого можно регистрировать сигналы от изотопа, обладающего магнитным моментом, что возможно, если его ядерный спин I отличен от нуля. Наибольший интерес для заявляемого способа представляют вещества, содержащие изотопы атомов, входящих в состав органических соединений. Помимо протонов 1Н (I=1/2), это может быть его тяжелый изотоп - дейтерий 2Н (1=1), а также изотопы углерода - 13С (I=1/2) и кислорода 17O (I=5/2).The claimed solution involves the use of a non-invasive method, namely, the method of nuclear magnetic resonance (NMR), with which you can record signals from an isotope with a magnetic moment, which is possible if its nuclear spin I is different from zero. Of greatest interest for the proposed method are substances containing isotopes of atoms that make up organic compounds. In addition to protons 1 H (I = 1/2), it can be its heavy isotope - deuterium 2 H (1 = 1), as well as carbon isotopes - 13 C (I = 1/2) and oxygen 17 O (I = 5 / 2).
Если при регистрации протонных спектров не удается выявить различий в молекулярной структуре, содержании примесей, то регистрация указанных изотопов может выявить различия в изотопном составе образцов. Это актуально, в частности, для водосодержащих образцов, поскольку содержание дейтерия зависит от географической широты источника воды, или для алкогольной продукции, поскольку содержание изотопа 13С в спирте зависит от сырья, из которого данный продукт изготовлен (зерно, виноград, тростник и др.) (Martin M.L., Martin G.J. NMR Basic Principles and Progress. V. 23, Springer-Verlag, Berlin-Heidelberg. 1990). Ввиду актуальности подобных измерений разработана регламентированная процедура, основанная на масс-спектрометрии (ГОСТ 32710-2014. Продукция алкогольная и сырье для ее производства. Идентификация. Метод определения отношения изотопов 13С/12С спиртов и сахаров в винах и суслах. Москва. Стандартинформ. 2014). Этот метод является малодоступным. Но главная проблема - его инвазивность, поскольку анализируется лишь фрагмент образца, из-за чего упаковка образца нарушается.If during the registration of proton spectra it is not possible to detect differences in the molecular structure and impurity content, then the registration of these isotopes may reveal differences in the isotopic composition of the samples. This is true, in particular, for water-containing samples, since the content of deuterium depends on the geographical latitude of the water source, or for alcoholic beverages, since the content of 13 C isotope in alcohol depends on the raw materials from which this product is made (grain, grapes, cane, etc. ) (Martin ML, Martin GJ NMR Basic Principles and Progress. V. 23, Springer-Verlag, Berlin-Heidelberg. 1990). Due to the relevance of such measurements, a regulated procedure has been developed based on mass spectrometry (GOST 32710-2014. Alcoholic products and raw materials for their production. Identification. Method for determining the 13C / 12C isotope ratio of spirits and sugars in wines and wort. Moscow. Standardinform. 2014) . This method is not readily available. But the main problem is its invasiveness, since only a fragment of the sample is analyzed, because of which the packing of the sample is broken.
Из уровня техники известно использование ЯМР и МРТ для исследования объектов (Non-Medical Applications of NMR and MRI, http://www.magnetic-resonance.org/ch/19-01.html), см. также (Schmidt S.J., Sun X., Litchfield J.B., Eads T.M. Applications of magnetic resonance imaging in food science // Critical Reviews in Food Science and Nutrition. 1996. V. 36 (4) Р/ 357-385), однако отсутствуют источники информации, в которых было бы описано использование ЯМР и МРТ для одновременного неинвазивного анализа исследуемого и эталонного образцов с целью выявления различий как в объеме жидкости, так и содержании в ней примесей.The prior art uses the use of NMR and MRI for the study of objects (Non-Medical Applications of NMR and MRI, http://www.magnetic-resonance.org/ch/19-01.html), see also (Schmidt SJ, Sun X., Litchfield JB, Eads TM Applications of magnetic resonance imaging in food science // Critical Reviews in Food Science and Nutrition (1996. V. 36 (4) P / 357-385), but there are no sources of information in which describes the use of NMR and MRI for simultaneous non-invasive analysis of the test and reference samples in order to identify differences in both the volume of the liquid and the content of impurities in it.
В частности, из уровня техники известны методы спектроскопии ЯМР высокого разрешения (напр., Marcone M.F. et al. Diverse food-based applications of nuclear magnetic resonance (NMR) technology //Food Research International, 2013, 51(2):729-747), которые могут быть реализованы на магнитно-резонансном оборудовании - ЯМР-спектрометре высокого разрешения, при условии, что в его рабочей зоне возможно размещение хотя бы одного исследуемого образца, или магнитно-резонансном томографе, где возможно размещение объектов, соизмеримых с размером человека. Тогда возможно последовательное измерение сигналов ЯМР от каждого образца по отдельности с последующим расчетом спектров и расчет их отношения. Он реализуется следующим образом. Объект А помещают в приемную катушку магнитно-резонансного оборудования и регистрируют спектр ЯМР SA. Затем вместо образца А в ту же приемную катушку помещают образец В, и при тех же параметрах регистрации сигнала ЯМР получают спектр ЯМР от образца В-SB. По полученным данным рассчитывают отношение SA/SB или (SA-SB)/(SA+SB).In particular, high-resolution NMR spectroscopy methods are known from the state of the art (eg, Marcone MF et al., NMR) technology // Food Research International, 2013, 51 (2): 729-747 ), which can be implemented on magnetic resonance equipment - high-resolution NMR spectrometer, provided that at least one sample under study can be placed in its working area, or magnetic resonance imaging, where it is possible to place objects commensurate with the size of a person. Then it is possible to successively measure the NMR signals from each sample separately, followed by the calculation of the spectra and the calculation of their ratio. It is implemented as follows. Object A is placed in the receiving coil of magnetic resonance equipment and the NMR spectrum S A is recorded. Then, instead of sample A, sample B is placed in the same receiving coil, and with the same NMR signal acquisition parameters, an NMR spectrum is obtained from sample B – S B. According to the data obtained, the ratio S A / S B or (S A -S B ) / (S A + S B ) is calculated.
Недостаток метода заключается в том, что регистрации сигналов ЯМР для образцов А и В разделены во времени, поэтому не всегда можно обеспечить одинаковые условия съемки для каждого из образцов. Это особенно неудобно при регистрации слабых сигналов, где для получения приемлемого отношения сигнала к шуму может потребоваться многократное накопление сигнала и время съемки спектра может оказаться значительным. В этом случае возможны проблемы с температурной стабилизацией параметров контура, стабильностью мощности генератора и т.д. Изменение температуры образца и контура, мощности генератора и других параметров от времени создают неидентичные условия регистрации спектров для объектов, регистрируемых в разные интервалы времени. Поэтому результаты измерений SA/SB получаются ненадежными.The disadvantage of the method is that the registration of the NMR signals for samples A and B are separated in time, so it is not always possible to provide the same shooting conditions for each of the samples. This is especially inconvenient when registering weak signals, where multiple signal accumulation may be required to obtain an acceptable signal-to-noise ratio and the spectrum acquisition time may be significant. In this case, there may be problems with temperature stabilization of circuit parameters, stability of generator power, etc. Changing the temperature of the sample and circuit, generator power and other parameters from time to time create non-identical conditions for the registration of spectra for objects recorded at different time intervals. Therefore, the results of measurements of S A / S B are unreliable.
Известен также метод локальной спектроскопии (Kimmich R., Hoepfel D. Volume-selective multipulse spin-echo spectroscopy // J. Magn. Reson. 1987. V. 72(2). P. 379-384). В этом случае оба образца помещают в общую приемную катушку, и они находятся там на все время измерений. Идея локальной спектроскопии - принять сигнал ЯМР от данной катушки, т.е. от обоих образцов, но перед этим провести РЧ возбуждение спинов лишь в локальной области. Сначала такой областью является место расположения образца А, от которого регистрируется спектр SA. Затем производится локальное возбуждение объекта В, от которого регистрируется спектр SB.The method of local spectroscopy is also known (Kimmich R., Hoepfel D. Volume-selective multipulse spin-echo spectroscopy // J. Magn. Reson. 1987. V. 72 (2). P. 379-384). In this case, both samples are placed in a common receiving coil, and they are there for the duration of the measurements. The idea of local spectroscopy is to accept an NMR signal from a given coil, i.e. from both samples, but before that conduct RF excitation of the spins only in the local region. At first such area is the location of sample A, from which the spectrum S A is recorded. Then local excitation of object B is performed, from which the spectrum of S B is recorded.
Для реализации метода локальной спектроскопии применяются пространственно-селективные импульсы - РЧ возбуждение спиновой системы производится в присутствии неоднородных (градиентных) магнитных полей. За счет специального задания формы РЧ импульса, его длительности, частоты заполнения, а также амплитуды градиентного поля, РЧ возбуждение спинов производится лишь в области заданного размера и локализации. Форма импульса и его длительность τ определяют эффективный частотный спектр импульса - Δf=k/τ, где k - коэффициент (от 1 до 10), зависящий от формы импульса. Для локального возбуждения спинов с гиромагнитным отношением γ в слое Δz на расстоянии Z от центра магнита синхронно прикладывают градиент Gz и РЧ импульс со спектром Δf и частотой заполнения f. Эта частоту задают согласно соотношению γGzZ=f-f0, где f0 - ларморова частота, измеренная в центре магнита, a Gz задают из соотношения γGzΔz=Δf. Прикладывая последовательно импульсы с другими частотами заполнения и значениям градиентов по остальным ортогональным направлениям выделяют возбуждаемый объем размерами Δх × Δу × Δz в необходимой локализации (X,Y,Z). Для данного метода проблема раздельной по времени регистрации сигналов от разных объектов не столь актуальна, поскольку накопление сигналов ЯМР от разных объектов можно производить при их поочередном возбуждении.Spatial-selective pulses are used to implement the method of local spectroscopy — RF excitation of the spin system is performed in the presence of inhomogeneous (gradient) magnetic fields. Due to the special assignment of the form of the RF pulse, its duration, filling frequency, as well as the amplitude of the gradient field, the RF spins are excited only in the region of a given size and localization. The pulse shape and its duration τ determine the effective frequency spectrum of the pulse - Δf = k / τ, where k is a coefficient (from 1 to 10), depending on the shape of the pulse. For the local excitation of spins with a gyromagnetic ratio γ in the Δz layer at a distance Z from the center of the magnet, a gradient G z and an RF pulse with a spectrum Δf and a filling frequency f are applied simultaneously. This frequency is set according to the relation γG z Z = ff 0 , where f 0 is the Larmor frequency measured at the center of the magnet, and G z is set from the relation γG z Δz = Δf. By applying successively pulses with different filling frequencies and gradient values along the remaining orthogonal directions, an excited volume of Δx × Δу × Δz in the required localization (X, Y, Z) is selected. For this method, the problem of the separate recording of signals from different objects is not so relevant, since the accumulation of NMR signals from different objects can be carried out by their alternate excitation.
Недостатком данного метода по сравнению с обычными спектроскопическими методами является необходимость дополнительного аппаратурного оснащения. Это касается градиентных катушек и источников тока для них, а также оборудования для формирования импульсов сложной формы, чтобы получать узкий спектр Δf. Кроме того, применение методики многократного спинового эхо увеличивает время измерения - т.к. для регистрации используется трехимпульсная последовательность, где между импульсами вставлены задержки. В обычных спектроскопических методах для возбуждения спинов нет необходимости использовать методику многократного спинового эхо, а потому можно применять одиночный импульса без специальных задержек.The disadvantage of this method compared to conventional spectroscopic methods is the need for additional instrumentation. This applies to gradient coils and current sources for them, as well as equipment for the formation of pulses of complex shape in order to obtain a narrow spectrum of Δf. In addition, the application of the technique of multiple spin echo increases the measurement time - because a three-pulse sequence is used for registration, where delays are inserted between the pulses. In conventional spectroscopic methods for the excitation of spins, there is no need to use the technique of multiple spin echo, and therefore a single pulse can be used without special delays.
Кроме того, метод предъявляет повышенные требования к мощности РЧ системы - ее возможности реализации коротких и мощных РЧ импульсов. Их длительность должна быть меньше времени релаксации спиновой системы, а мощность достаточной, чтобы обеспечить большой угол отклонения вектора намагниченности FA (Flip Angle) - 90 и 180 градусов, без чего невозможна реализация методики многоимпульсного спинового эхо, которая применяется для локальной спектроскопии. Наибольшие сложности реализации метода спинового эхо возникают при коротких временах релаксации спиновой системы и больших размерах образца. Чем короче время релаксации спинов, тем короче должна быть длительность РЧ импульса τ для ее возбуждения. А поскольку FA=γB1τ, где B1 - амплитуда РЧ поля, возбуждающего спины, то при заданной величине FA, мощность передатчика, генерирующего РЧ импульсы амплитудой B1, обратно пропорциональна этой длительности.In addition, the method places increased demands on the power of the RF system — its ability to realize short and powerful RF pulses. Their duration should be less than the relaxation time of the spin system, and the power should be sufficient to provide a large deflection angle of the magnetization vector FA (Flip Angle) - 90 and 180 degrees, without which the implementation of the multipulse spin echo technique, which is used for local spectroscopy, is impossible. The greatest difficulties in the implementation of the spin echo method arise with short relaxation times of the spin system and large sample sizes. The shorter the relaxation time of the spins, the shorter the duration of the RF pulse τ for its excitation should be. And since FA = γB 1 τ, where B 1 is the amplitude of the RF field, which excites the spins, for a given value of FA, the power of the transmitter that generates RF pulses with amplitude B 1 is inversely proportional to this duration.
Чем больше размер образца, тем должен быть больше размер передающей катушки, чтобы создать во всей зоне образца однородное РЧ поле. А с увеличением размера катушки требуется и больший ток через нее, чтобы в центре катушки создать требуемую величину РЧ поля В1. В итоге, требования к РЧ импульсам (длительности или мощности) не всегда реализуемы, особенно на типовом МРТ оборудовании.The larger the sample size, the larger the transmitting coil size must be in order to create a uniform RF field in the entire sample zone. And with increasing coil size, more current is required through it in order to create the required RF field B 1 at the center of the coil. As a result, requirements for RF pulses (duration or power) are not always realizable, especially on typical MRI equipment.
В обычных спектроскопических методах можно применять импульсы с малым углом отклонения FA, поэтому требования к мощности РЧ передатчика весьма мягкие.In conventional spectroscopic methods, pulses with a small deflection angle FA can be used, so the RF transmitter power requirements are very mild.
Кроме того, применение градиентных импульсов может вызывать деструктивное воздействие на исследуемые образцы. Это связано с тем, что их применение сопровождается акустическим шумом из-за механической вибрации токовых катушек, с помощью которых эти поля создаются. Вибрация обусловлена механическим смещением проводника, через который протекает ток, меняющийся во времени, под воздействием силы Ампера со стороны постоянного магнитного поля В0.In addition, the use of gradient pulses can cause a destructive effect on the studied samples. This is due to the fact that their use is accompanied by acoustic noise due to the mechanical vibration of the current coils with which these fields are created. Vibration is caused by the mechanical displacement of the conductor through which current flows, changing in time, under the influence of the Ampere force from the side of the constant magnetic field B 0 .
Поэтому при сравнении образцов методом локальной спектроскопии необходимо минимизировать их различия в степени деструкции. В частности, необходимо задавать одинаковые по модулю значения градиентов, и при этом размещать образцы на одинаковом расстоянии от центра магнита. В противном случае для пространственно-селективных импульсов придется задавать различающиеся значения частот заполнения и ширины спектра, и тогда невозможно будет обеспечить полную идентичность РЧ возбуждения для разных образцов.Therefore, when comparing samples by the method of local spectroscopy, it is necessary to minimize their differences in the degree of destruction. In particular, it is necessary to set the same magnitude gradient values, and at the same time place the samples at the same distance from the center of the magnet. Otherwise, spatially selective pulses will have to set different fill frequencies and spectral widths, and then it will be impossible to ensure that RF excitation is completely identical for different samples.
Известен также томографический метод, который потенциально можно использовать для исследования двух образцов, расположенных внутри зоны сканирования, т.е. регистрировать сигнал после РЧ возбуждения одновременно двух объектов при разных значениях пространственного кодирования ларморовых частот путем использования градиентных полей (Haacke Е.М., Brown R.W., Thompson M.R., Venkatesan R. Magnetic Resonance Imaging: Physical Principles and Sequence Design - John Wiley & Sons, 1999). Набор полученных сигналов подвергается математический обработке, что позволяет получить МРТ изображение. Для него производится анализ распределения яркости. Яркость пиксела (pixel=picture element) на этом изображении пропорциональна интенсивности ЯМР сигнала от соответствующего воксела (voxel=volume element). Тогда яркостям пикселов, относящихся к изображениям от образцов А и В, можно поставить в соответствие значения сигналов ЯМР от них, получаемых методами обычной ЯМР спектроскопии в самом начале их регистрации, т.е. сразу после воздействия РЧ импульса.The tomographic method is also known, which can potentially be used to study two samples located inside the scanning zone, i.e. to record a signal after RF excitation of two objects at the same time for different values of spatial coding of Larmor frequencies using gradient fields (Haacke EM, Brown RW, Thompson MR, Venkatesan R. Magnetic Resonance Imaging: Physical Principles and Sequence Design - John Wiley & Sons, 1999). The set of received signals is subjected to mathematical processing, which allows to obtain an MRI image. An analysis of the brightness distribution is performed for it. The pixel brightness (pixel = picture element) in this image is proportional to the intensity of the NMR signal from the corresponding voxel (voxel = volume element). Then the brightness of the pixels related to the images from samples A and B can be put in correspondence with the values of the NMR signals from them, obtained by the methods of conventional NMR spectroscopy at the very beginning of their registration, i.e. immediately after exposure to the RF pulse.
В отличие от метода локальной спектроскопии в данном методе нет необходимости применять методику спинового эхо - можно использовать методику градиентного эхо с малым FA (Frahm J., Haase A., Matthaei D. "Rapid NMR imaging of dynamic processes using the FLASH technique". Magnetic Resonance in Medicine. 1986. 3 (2): 321-327), соответственно, можно снизить требования к мощности РЧ поля.Unlike the method of local spectroscopy, this method does not need to apply the spin echo technique — you can use the gradient echo technique with a small FA (Frahm J., Haase A., Matthaei D. "Rapid NMR imaging of dynamic processes using the FLASH technique". Magnetic Resonance in Medicine. 1986. 3 (2): 321-327), respectively, can reduce the RF power requirements.
Однако по сравнению с обычными спектроскопическими методами метод МРТ требует дополнительного аппаратурного оснащения. Это касается градиентных катушек и источников тока для них, а также оборудования для формирования импульсов сложной формы, чтобы получать частотно-селективные импульсы. Кроме того, метод сложен для реализации в том случае, если спектр ЯМР содержит не одну, а несколько линий. Тогда для получения информации о каждой из них необходимо провести столько же МРТ сканирований, в которых необходимо предусмотреть частотно-селективное возбуждение каждой линии. Конечным результатом использования томографических методов становится набор изображений, каждое из которых получено путем частотно-селективного возбуждения отдельной линии спектра, где яркости каждого изображения ставится в соответствие интенсивность линии спектра ЯМР, полученного обычным спектроскопическим способом. Селективное возбуждение может быть сложным для реализации в случае перекрывания соседних линий спектра. Наконец, нужна информация о положении самих линий в спектре.However, compared to conventional spectroscopic methods, MRI requires additional instrumentation. This applies to gradient coils and current sources for them, as well as equipment for the formation of complex-shaped pulses in order to obtain frequency-selective pulses. In addition, the method is difficult to implement in the event that the NMR spectrum contains not one but several lines. Then, in order to obtain information about each of them, it is necessary to carry out as many MRI scans, in which it is necessary to provide frequency-selective excitation of each line. The end result of using tomographic methods is a set of images, each of which is obtained by frequency-selective excitation of a separate line of the spectrum, where the brightness of each image is matched by the intensity of the NMR line obtained by conventional spectroscopic methods. Selective excitation can be difficult to implement in the case of overlapping adjacent spectral lines. Finally, information is needed on the position of the lines themselves in the spectrum.
Кроме того, на проведение измерений требуется большего времени, чем для обычного спектроскопического метода в N раз, где N - размер матрицы изображения в направлении фазового кодирования при линейном сканировании или количество сеансов регистрации сигнала при радиальном сканировании. И это относится к каждой линии спектра. При необходимости накопления сигналов с целью повышения отношения сигнала к шуму общее время сканирования, соответственно, возрастает. При таком подходе общее время МРТ сканирования может оказаться неприемлемо большим. При этом нельзя просматривать промежуточные результаты до тех пор, пока не пройдет достаточное большое число циклов сканирования, после которых можно провести реконструкцию изображения с достаточно высоким пространственным разрешением. Кроме того, применение градиентных импульсов может вызывать деструктивное воздействие на исследуемые образцы, как в методе локальной спектроскопии. Хотя, в отличие от метода локальной спектроскопии, деструктивное воздействие получается одинаковым для разных образцов вне зависимости от их расположения в зоне сканирования, однако это не всегда приемлемо.In addition, the measurement requires more time than the usual spectroscopic method N times, where N is the size of the image matrix in the phase encoding direction for linear scanning or the number of signal recording sessions for radial scanning. And this applies to every line of the spectrum. If it is necessary to accumulate signals in order to increase the signal-to-noise ratio, the total scan time increases accordingly. With this approach, the total time of an MRI scan may be unacceptably long. In this case, it is not possible to view intermediate results until a sufficiently large number of scanning cycles take place, after which it is possible to reconstruct the image with a sufficiently high spatial resolution. In addition, the use of gradient pulses can cause a destructive effect on the studied samples, as in the method of local spectroscopy. Although, in contrast to the method of local spectroscopy, the destructive effect is the same for different samples, regardless of their location in the scanning zone, but this is not always acceptable.
Из уровня техники известно также применение в МРТ многокатушечных систем (Array Coil), с помощью которых ускоряется процесс сканирования протяженных объектов за счет одновременной регистрации сигналов от катушек, разнесенных в пространстве вблизи исследуемого объекта (Parallel Imaging) - (Hutchinson М., Raff U. Fast MRI data acquisition using multiple detectors // Magn. Reson. Med. 1988, 6, p. 87-91). Каждая катушка подключена к своему приемнику, и при реконструкции изображения вклад каждой из них учитывается с помощью сложной расчетной процедуры (Carlson JW. An algorithm for NMR imaging reconstruction based on multiple RF receiver coils. // J Magn Reson 1987:74:376-380).In the prior art it is also known to use multi-coil systems (Array Coil) in MRI, with the help of which the scanning process of extended objects is accelerated due to simultaneous recording of signals from coils separated in space near the object under study (Parallel Imaging) - (Hutchinson M., Raff U. Fast MRI data acquisition using multiple detectors (Magn. Reson. Med. 1988, 6, p. 87-91). Each coil is connected to its receiver, and when reconstructing an image, the contribution of each of them is taken into account using a complex computational procedure (Carlson JW. RF coils. // J Magn Reson 1987: 74: 376-380 ).
Для многокатушечной системы каждый из объектов А и В можно разместить в отдельной секции, и регистрацию сигналов ЯМР от них с можно произвести одновременно, но используя два приемника. Этим сигналам можно поставить в соответствие значения сигналов ЯМР от них, получаемых методами обычной ЯМР спектроскопии в самом начале их регистрации.For a multicolored system, each of the objects A and B can be placed in a separate section, and the registration of the NMR signals from them with can be performed simultaneously, but using two receivers. These signals can be assigned to the values of the NMR signals from them, obtained by the methods of conventional NMR spectroscopy at the very beginning of their registration.
Технические возможности, имеющиеся у томографов, оснащенных системой Array Coil, в принципе, позволяют проводить не только томографическое сканирование, но и съемку обычных спектров, причем, одновременно для двух образцов. Данные томографы потенциально можно было бы использовать для одновременного исследования двух образцов при условии размещения образцов в разных секциях многокатушечной системы. При этом, поскольку секции катушек Array Coil сделаны так, что их зоны чувствительности частично перекрываются, то для того, чтобы с их помощью получать спектры от каждого из образцов, необходимо выбирать систему с количеством секций не менее 3 и размещать исследуемые образцы в неперекрывающихся секциях.The technical capabilities of tomographs equipped with the Array Coil system, in principle, allow not only tomographic scanning, but also the recording of ordinary spectra, and, simultaneously, for two samples. These tomographs could potentially be used for the simultaneous examination of two samples, provided that the samples are placed in different sections of the multicarrier system. Moreover, since the sections of the Array Coil coils are made so that their sensitivity zones partially overlap, in order to use them to obtain spectra from each of the samples, it is necessary to choose a system with at least 3 sections and place the studied samples in non-overlapping sections.
Недостатком такой конфигурации является то, что все катушки и приемники, к которым они подключены, работают независимо друг от друга. Обычно катушки входят в состав колебательного контура с высокой добротностью. Нарушение резонансных условий для одного из контуров из-за неточной настройки контура в резонанс, а также не идентичность характеристик для приемников существенно влияют на результат измерений, поскольку не обеспечиваются идентичные условия регистрации сигналов для разных образцов. Неидентичность условий измерения для образцов может быть обусловлена не только аппаратурными несовершенствами или субъективными факторами неточной настройки контура, но и влиянием внешних факторов, возникающих через некоторое время после начала измерений, например, температурного дрейфа, создающих дополнительные сложности для фиксации параметров настройки.The disadvantage of this configuration is that all the coils and receivers to which they are connected, operate independently of each other. Usually the coils are part of the oscillating circuit with high Q. Violation of the resonance conditions for one of the circuits due to inaccurate tuning of the contour to resonance, as well as not identical characteristics for the receivers, significantly affects the measurement result, since identical conditions for recording signals for different samples are not provided. Non-identical measurement conditions for samples can be caused not only by instrumental imperfections or subjective factors of inaccurate contour tuning, but also by external factors that occur some time after the start of measurements, for example, temperature drift, which creates additional difficulties for fixing settings.
Следует отметить, что применение вышеописанных методов не известно для решения задачи идентификации объекта путем прямого сопоставления параметров исследуемого и эталонного образцов с использованием регистрации сигналов ЯМР с применением двухкатушечной схемы, предусматривающей размещение исследуемых образцов (идентифицируемого и эталонного) в отдельных приемных катушках, каждая из которых имеет одинаковые частотно-задающие элементы для настройки контура, содержащего эту катушку, в резонанс, и подключенных к одному приемнику с последующим сравнением спектров.It should be noted that the application of the methods described above is not known for solving the problem of identifying an object by directly comparing the parameters of the test and reference samples using NMR signal registration using a two-coil circuit, which provides for the placement of test samples (identifiable and reference) in separate receiving coils, each of which has the same frequency defining elements for tuning the circuit containing this coil into resonance and connected to the same receiver with pos eduyuschim spectra comparison.
Раскрытие изобретенияDISCLOSURE OF INVENTION
Технической проблемой, решаемой заявляемым изобретением, является возможность проведения неинвазивной идентификации объектов по их спектрам ЯМР с использованием отдельных приемных катушек и общего приемника с возможным использованием общих частотно-задающих элементов.The technical problem solved by the claimed invention is the possibility of conducting non-invasive identification of objects by their NMR spectra using separate receiving coils and a common receiver with the possible use of common frequency defining elements.
Техническим результатом предлагаемого способа неинвазивной идентификации объектов по их спектрам ЯМР и устройства для его осуществления является повышение точности идентификации исследуемого объекта в сравнении с эталонным образцом.The technical result of the proposed method of non-invasive identification of objects according to their NMR spectra and device for its implementation is to improve the accuracy of identification of the investigated object in comparison with the reference sample.
Изобретение расширяет функциональные возможности спектроскопического оборудования, обеспечивающих надежную регистрацию очень малых различий ЯМР-спектральных характеристик при наличии факторов, существенно влияющих на точность измерения при использовании традиционных методов - аппаратурных несовершенств, субъективных факторов при настройке оборудования, нестабильностей оборудования из температурного дрейфа и других причин.The invention extends the functionality of spectroscopic equipment, providing reliable registration of very small differences in NMR spectral characteristics in the presence of factors that significantly affect the measurement accuracy using traditional methods - instrumental imperfections, subjective factors when setting up equipment, equipment instabilities from temperature drift and other reasons.
Для достижения технического результата предлагается устройство для выявления методом ЯМР образцов, отличающихся по своим характеристикам от эталонного, содержащее две последовательно соединенные катушки индуктивности (далее - катушки), выполненные из одинакового материала и одинаковыми параметрами: диаметр витка, количество витков, шаг намотки, длина и толщина провода, при этом катушки выполнены с возможностью размещения в одной из них эталонного образца, во второй - исследуемого образца, где одна из катушек одним концом подключена к одному из входных концов приемника сигнала, другим - к одному из концов второй катушки, оставшийся конец второй катушки подключен к другому входному концу приемника сигнала,To achieve the technical result, a device is proposed for detecting by NMR of samples differing in their characteristics from the reference one, which contains two series-connected inductors (hereinafter referred to as coils) made of the same material and the same parameters: coil diameter, number of turns, winding pitch, length and the wire thickness, while the coils are made with the possibility of placing in one of them a reference sample, in the second - the test sample, where one of the coils is connected at one end to Nome input ends of the signal receiver, the other - to the one end of the second coil, the remaining end of the second coil is connected to another input end of the receiver signal,
при этом катушки выполнены с возможностью переключения режимов работы, при которых э.д.с. индукции, наведенные на концах катушек, суммируются или вычитаются, соответственно, на вход приемника поступает их суммарная или разностная величины, а устройство выполнено с возможностью размещения в однородном магнитном поле с перпендикулярным расположением осей катушек относительно направления данного поля.while the coils are made with the possibility of switching modes, in which the emf. inductions induced at the ends of the coils are summed or subtracted, respectively, the total or difference values enter the receiver input, and the device is arranged to be placed in a uniform magnetic field with a perpendicular arrangement of the coil axes relative to the direction of the field.
Устройство выполнено с возможностью формирования резонансного колебательного контура, индуктивность которого образована последовательно соединенными катушками, с обеспечением согласования сопротивления резонансного колебательного контура с входным сопротивлением приемника. Для формирования резонансного колебательного контура оно содержит первый конденсатор, подключенный параллельно индуктивности, образованной последовательно соединенными катушками, а для обеспечения согласования входного сопротивления приемника с сопротивлением колебательного контура, оно содержит второй конденсатор, соединяющий колебательный контур со входом приемника.The device is made with the possibility of forming a resonant oscillatory circuit, the inductance of which is formed by series-connected coils, ensuring the matching of the resistance of the resonant oscillating circuit with the input resistance of the receiver. To form a resonant oscillating circuit, it contains the first capacitor connected in parallel with the inductance formed by the coils connected in series, and to ensure matching the input impedance of the receiver with the resistance of the oscillating circuit, it contains the second capacitor connecting the oscillating circuit with the receiver input.
Для переключения режимов работы устройство снабжено переключателем, которое может быть выполнено программно управляемым.To switch modes of operation, the device is equipped with a switch that can be made programmatically controlled.
С помощью данного устройства реализуется способ выявления образцов, отличающихся по своим характеристикам (физико-химическим) от эталонного.With the help of this device is implemented a method of identifying samples that differ in their characteristics (physico-chemical) from the reference.
Способ включает размещение эталонного и исследуемого образцов в указанном устройстве с последующим размещением катушек с образцами в однородном магнитном поле с обеспечением перпендикулярного расположения осей катушек данному полю, после чего осуществляют радиочастотное возбуждение резонирующих спинов одновременно в обоих образцах, с последующей регистрацией сигналов ЯМР одновременно от обоих образцов на указанное возбуждение сначала в режиме, при котором э.д.с. индукции, наведенные на концах катушек, суммируются, а затем в режиме, при котором э.д.с. индукции, наведенные на концах катушек, вычитаются, а образец, отличающийся по своим характеристикам (физико-химическим) от эталонного выявляют по результатам сравнения спектров ЯМР от полученных сигналов.The method includes placing the reference and test samples in the specified device, followed by placing the coils with samples in a uniform magnetic field ensuring the coils axes are perpendicular to this field, and then radiofrequency excitation of the resonating spins is performed simultaneously in both samples, followed by recording NMR signals from both samples simultaneously on the specified excitation, first in the mode in which the emf inductions induced at the ends of the coils are summed, and then in the mode in which the emf inductions induced at the ends of the coils are subtracted, and a sample that differs in its characteristics (physico-chemical) from the reference one is detected by comparing the NMR spectra from the received signals.
Выявление образца, отличающегося по своим характеристикам (физико-химическим) от эталонного образца, осуществляют по результатам математической обработки полученных спектров S+и S-, гдеThe identification of a sample that differs in its characteristics (physico-chemical) from the reference sample is carried out according to the results of mathematical processing of the obtained spectra of S + and S - , where
S+ - спектр ЯМР от сигнала, регистрируемого от эталонного и исследуемого образцов, полученного от режима работы, при которых э.д.с. индукции, наведенные на концах катушек, суммируются;S + - NMR spectrum from the signal recorded from the reference and test samples obtained from the mode of operation at which the emf. inductions induced at the ends of the coils are summed;
S- - спектр ЯМР от сигнала, регистрируемого от эталонного и исследуемого образцов, полученного от режима работы, при которых э.д.с. индукции, наведенные на концах катушек, вычитаются,S - is the NMR spectrum of the signal recorded from the reference and test samples obtained from the mode of operation at which the emf inductions induced at the ends of the coils are deducted,
при этом рассчитывают спектры SA=(S++S-)/2 и SB=(S+-S-)/2, сравнивая которые выявляют различия по своим характеристикам между эталонным и исследуемым образцами.the spectra are calculated as S A = (S + + S - ) / 2 and S B = (S + -S - ) / 2, comparing which reveal differences in their characteristics between the reference and the studied samples.
Для повышения отношения сигнала к шуму регистрацию сигналов, необходимых для получения спектров S+и S-, повторяют многократно с возможностью накопления данных, после чего производят расчет значений SA и SB.To increase the signal-to-noise ratio, the registration of signals necessary to obtain the S + and S - spectra is repeated many times with the possibility of accumulating data, after which the values of S A and S B are calculated.
Заявляемое изобретение обладает рядом преимуществ.The claimed invention has several advantages.
В заявляемом способе не используются неоднородные магнитные поля, поэтому:The inventive method does not use inhomogeneous magnetic fields, therefore:
1) применяется более простое техническое оборудование - не требуются особые катушки и усилитель тока для создания градиентных полей, нет необходимости применять импульсы сложной формы с узким спектром, снижены требования к мощности передатчика, поскольку можно работать и при малом FA;1) simpler technical equipment is used - no special coils and a current amplifier are required to create gradient fields, there is no need to use complex-shaped pulses with a narrow spectrum, reduced power requirements of the transmitter, since it is possible to work even with small FA;
2) требуется меньшее время на измерения; при этом можно просматривать промежуточные результаты и сократить время измерений, приостановив накопление сигналов, если достигнутое отношение сигнала к шуму соответствует заранее определенному значению;2) it takes less time to measure; you can view intermediate results and reduce the measurement time by suspending the accumulation of signals if the achieved signal-to-noise ratio corresponds to a predetermined value;
3) отсутствует деструктивный фактор, связанный с воздействием механических вибраций на исследуемые образцы, упрощаются требования к их размещению внутри магнита.3) there is no destructive factor associated with the effect of mechanical vibrations on the test samples, the requirements for their placement inside the magnet are simplified.
По сравнению с методами, где не используются неоднородные магнитные поля, заявляемое изобретение также обладает рядом преимуществ:Compared to methods where non-uniform magnetic fields are not used, the claimed invention also has several advantages:
4) повышается точность измерений, поскольку применяется одновременная регистрация разностного сигнала от двух образцов, что снижает влияние аппаратурных нестабильностей на процесс измерений,4) increases the accuracy of measurements, since simultaneous registration of a difference signal from two samples is used, which reduces the influence of instrumental instabilities on the measurement process,
5) использование общих для сравниваемых образцов приемника и контурных элементов снижает требования к точности их настройки и идентичности изготовления этих аппаратурных компонентов.5) the use of common for compared samples of the receiver and contour elements reduces the requirements for the accuracy of their settings and the identity of the manufacture of these hardware components.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
Устройство иллюстрируется графическими материалами, где на фиг. 1-4 представлены варианты электрической схемы, реализуемые заявляемым устройством, а именно:The device is illustrated with graphic materials, where in FIG. 1-4 presents the variants of the electrical circuit, implemented by the claimed device, namely:
фиг. 1 - схемы нерезонансного и резонансного контуров, где источником напряжения является э.д.с.индукции, наводимой в катушку индуктивности прецессирующими ядерными спинами;FIG. 1 - schemes of non-resonant and resonant circuits, where the voltage source is the emf of induction induced into the inductance by precessing nuclear spins;
фиг. 2 - схемы резонансных контуров, в состав которых входят две последовательно соединенные катушки индуктивности, каждая из которых является источником э.д.с. индукции, наводимой в катушку прецессирующими ядерными спинами. Представлены два варианта соединения концов катушек;FIG. 2 - schemes of resonant circuits, which include two inductors in series, each of which is a source of emf. induction induced in a coil by precessing nuclear spins. Two options for connecting the ends of the coils;
фиг. 3 - схемы нерезонансных контуров, в состав которых входят две последовательно соединенные катушки индуктивности, каждая из которых является источником э.д.с. индукции, наводимой в катушку прецессирующими ядерными спинами. Представлены два варианта соединения концов катушек;FIG. 3 - schemes of non-resonant circuits, which include two inductors in series, each of which is a source of emf. induction induced in a coil by precessing nuclear spins. Two options for connecting the ends of the coils;
фиг. 4 - варианты схемы устройства - базовый вариант, вариант, когда катушки устройства используются в составе резонансного контура, и вариант с использованием переключателя, позволяющего переходить от базового варианта к резонансному и обратно без демонтажа частотно-задающих элементов.FIG. 4 - variants of the device circuit - the basic variant, the variant, when the coils of the device are used in the composition of the resonant circuit, and the variant with the use of the switch, which allows to switch from the basic variant to the resonant circuit and back without dismantling the frequency-setting elements.
На фиг. 5 приведено фото установки, на которой с помощью изготовленного устройства проводилась апробация заявляемого способа неинвазивной идентификации объектов по их спектрам ЯМР;FIG. 5 shows a photo of the installation, which, using a manufactured device, tested the proposed method for non-invasive identification of objects by their NMR spectra;
На фиг. 6 показано расположение заявляемого устройства в базовом варианте вместе с исследуемыми объектами в зазоре магнита.FIG. 6 shows the arrangement of the claimed device in the base case together with the objects under study in the magnet gap.
На фиг.7 представлено фото практически реализованного устройства в базовом варианте с максимальной детализацией.Figure 7 presents a photo of a practically implemented device in the basic version with maximum detail.
На фиг.8 представлены суммарные и разностные (относительно э.д.с. индукции, наводимой в катушках) протонные спектры от исследуемых объектов - стаканы с водой, полученные от практически реализованного устройства в базовом варианте.On Fig presents the total and differential (relative to the emf induction induced in the coils) proton spectra from the studied objects - glasses of water, obtained from a practically implemented device in the base case.
На фиг. 9 представлено фото практически реализованного устройства в варианте с использованием резонансного контура и программно управляемого переключателя для регистрации сигналов ЯМР от изотопа кислорода 17О.FIG. 9 shows a photo of a practically realized device in a variant using a resonant circuit and a software controlled switch for recording NMR signals from an oxygen isotope 17 O.
На фиг. 10 представлены суммарные и разностные (относительно э.д.с. индукции, наводимой в катушках) спектры ЯМР 17O в исследуемых объектах - бутылки водки от разных производителей, полученные в варианте устройства с использованием резонансного контура и программно управляемого переключателя.FIG. 10 shows the total and differential (relative to the emf induction induced in the coils) 17 O NMR spectra in the objects under study - vodka bottles from different manufacturers, obtained in the device variant using a resonant circuit and a software controlled switch.
Осуществление изобретенияThe implementation of the invention
Ниже представлено подробное описание заявляемого способа и устройства для его реализации.Below is a detailed description of the proposed method and device for its implementation.
Согласно заявляемому способу, последовательно производят две стадии регистрации сигналов ЯМР - сначала регистрируют суммарный сигнал от двух разнесенных в пространстве образцов, размещенных в отдельных, но идентично изготовленных, катушках - S+=SA+SB, а затем разностный - S-=SA-SB. По этим данным рассчитывают спектры SA=(S++S-)/2 и SB=(S+-S-)/2 и производные от них, в частности, SA/SB=(S++S-)/(S+-S-) и (SA-SB)/(SA-SB)=S-/S+.According to the claimed method, two stages of registration of NMR signals are produced successively - first register the total signal from two spaced apart samples placed in separate, but identically manufactured, coils - S + = S A + S B , and then differential - S - = S A -S B. From these data, calculate the spectra S A = (S + + S - ) / 2 and S B = (S + -S - ) / 2 and derivatives of them, in particular, S A / S B = (S + + S - ) / (S + -S - ) and (S A -S B ) / (S A -S B ) = S - / S + .
В процессе многократного накопления сигналов можно производить расчеты спектров по результатам частично проведенного накопления, и если достигнуто заранее определенное отношение сигнал/шум, то приостанавливать процесс.In the process of multiple accumulation of signals, it is possible to calculate the spectra from the results of partially conducted accumulation, and if a predetermined signal-to-noise ratio is reached, then the process can be suspended.
Полезный эффект объясняется тем, что при данном способе сравнения спектров от разных образцов нестабильность аппаратурных параметров, влияющих на результат сравнения, намного меньше, чем при традиционном способе регистрации спектров ЯМР от тех же образцов.The useful effect is explained by the fact that with this method of comparing spectra from different samples, the instability of the instrumental parameters affecting the comparison result is much less than with the traditional method of recording NMR spectra from the same samples.
Ниже более подробное представлено обоснование достижения данного преимущества.Below is a more detailed explanation of the achievement of this advantage.
Обычно регистрацию сигналов ЯМР производят после импульсного воздействия на спиновую систему с помощью РЧ поля, ориентированного перпендикулярно поляризующему полю В0. При равенстве частоты импульса частоте Лармора ω=γВ0, где γ - гиромагнитное отношение ядра, происходит отклонение суммарного вектора макроскопической ядерной намагниченности от равновесного состояния (параллельно полю В0), и после окончания действия РЧ импульса наблюдают прецессионное движение намагниченности вокруг направления этого поля с ларморовой частотой.Usually, NMR signals are recorded after pulsing a spin system using an RF field oriented perpendicular to a polarizing field B 0 . When the pulse frequency is equal to the Larmor frequency ω = γB 0 , where γ is the gyromagnetic ratio of the nucleus, the total vector of macroscopic nuclear magnetization deviates from the equilibrium state (parallel to the field B 0 ), and after the end of the RF pulse, precession movement of the magnetization around this field is observed Larmor frequency.
Приемную катушку располагают перпендикулярно этому направлению, чтобы на ее концах возникло электрическое напряжение - э.д.с. индукции. Согласно закону Фарадея, она равна E=-dФ/dt, где Ф - магнитный поток, пересекающий витки катушки. В данном случае этот поток равен Ф=MSNf, где М - компонента вектора макроскопического магнитного момента параллельная оси катушки, S - площадь витка катушки, N - число ее витков, f - фактор заполнения катушки (определяется соотношением площадей витка катушки и распределением образца в пределах этой площади).The receiving coil is placed perpendicular to this direction, so that at its ends there is an electrical voltage - emf. induction. According to the Faraday law, it is equal to E = -dФ / dt, where Ф is the magnetic flux crossing the turns of the coil. In this case, this flow is Φ = MSNf, where M is the component of the macroscopic magnetic moment vector parallel to the axis of the coil, S is the area of the coil turn, N is the number of its turns, f is the coil filling factor (determined by the ratio of the areas of the coil turn and sample distribution within this area).
Поскольку М меняется по гармоническому закону - с частотой Лармора, то и э.д.с. меняется с этой же частотой. Поэтому амплитуда э.д.с. пропорциональна ωФ=ωMSNf. Величина М определяется равновесным значением ядерной намагниченности, концентрацией резонирующих ядер в образце и углом отклонения суммарного вектора намагниченности от направления В0, достигнутым после воздействия на образец возбуждающего РЧ поля.Since M varies according to the harmonic law - with the Larmor frequency, then the emf. varies with the same frequency. Therefore, the amplitude of the emf. is proportional to ωF = ωMSNf. The value of M is determined by the equilibrium value of the nuclear magnetization, the concentration of the resonating nuclei in the sample and the angle of deviation of the total magnetization vector from the B 0 direction, achieved after the stimulating RF field is applied to the sample.
Наведенная в катушке э.д.с. Е обусловливает электрический ток I в цепи, образованной катушкой и ее нагрузкой - сопротивлением внешней цепи. В простейшем случае таким сопротивлением является входное сопротивление приемника R - левый фрагмент фиг. 1.Induced in the coil emf E causes the electric current I in the circuit formed by the coil and its load - the resistance of the external circuit. In the simplest case, this resistance is the input impedance of the receiver R - the left fragment of FIG. one.
Тогда на входе приемника получают напряжение S, пропорциональное току, а, следовательно, и э.д.с. индукции Е. Его амплитудное значение |S| определяется по формуле:Then at the receiver input receive voltage S, proportional to the current, and, consequently, emf. induction E. Its amplitude value | S | is determined by the formula:
|S|=|E|×R/|Z|, где |Z|=((R+r)2+(ωL)2)1/2, L - индуктивность, r - сопротивление катушки.| S | = | E | × R / | Z |, where | Z | = ((R + r) 2 + (ωL) 2 ) 1/2 , L is the inductance, r is the resistance of the coil.
При бесконечно большом значении R это значение совпадает с |Е|. В противном случае оно меньше.For an infinitely large value of R, this value coincides with | E |. Otherwise, it is smaller.
Чтобы повысить сигнал на входе приемника применяют резонансные методы - катушку включают в состав колебательного контура. Для этого параллельно индуктивности L подключают емкость С. Если выполняется условие LC=ω-1/2, то напряжение на конденсаторе составляет S=EQ, где Q=ωL/r - добротность контура. Величина Q может достигать нескольких сотен. Таким образом, при использовании катушки с образцом в составе резонансного контура, э.д.с. индукции усиливается в сотни раз. Если условие резонанса не выполнено, то зависимость напряжения на конденсаторе С от частоты более сложная:To increase the signal at the receiver input, resonance methods are used - the coil is included in the oscillating circuit. To do this, parallel to the inductance L connect the capacitance C. If the condition LC = ω -1/2 is satisfied, then the voltage on the capacitor is S = EQ, where Q = ωL / r is the quality factor of the circuit. The value of Q can reach several hundred. Thus, when using a coil with a sample in the composition of the resonant circuit, emf induction is enhanced hundreds of times. If the resonance condition is not fulfilled, then the voltage dependence on the capacitor C on the frequency is more complicated:
|Sin|=|E|×(ωC)-1/(r2+(ωL-1/ωC)2)1/2 | S in | = | E | × (ωC) -1 / (r 2 + (ωL-1 / ωC) 2 ) 1/2
Реально на входе приемника напряжение несколько меньше из-за необходимости согласования его входного сопротивления (обычно - 50 Ом) с резонансным сопротивлением контура. Для этого в схему добавляют дополнительный согласующий конденсатор Cm - правый фрагмент фиг. 1.In reality, the voltage at the receiver input is somewhat lower due to the need to match its input resistance (usually 50 ohms) with the resonant resistance of the circuit. For this purpose, an additional matching capacitor C m is added to the circuit - the right-hand fragment of FIG. one.
Тогда зависимость сигнала на входе приемника от э.д.с. дополнительно усложняется и уже зависит не только от L и С, но и от Cm, а также и R. Важно, что сигнал прямо пропорционален Е:Then the dependence of the signal at the receiver input from the emf. additionally complicated and depends not only on L and C, but also on C m , as well as R. It is important that the signal is directly proportional to E:
|Sin|=|E|×K(L,C,Cm,R).| S in | = | E | × K (L, C, C m , R).
Далее значки, обозначающие модуль величины, будут опущены.Further, icons indicating the magnitude module will be omitted.
Если приемник усиливает этот сигнал в Р раз, то на выходе приемника окончательноIf the receiver amplifies this signal P times, then the receiver’s output is finally
имеем:we have:
Sout=E×K(L,C,Cm,R)×PS out = E × K (L, C, C m , R) × P
Для регистрации сигналов ЯМР с помощью двух не связанных между собой одинаковых катушек LA и LB, в каждой из которой размещен отдельный образец, каждую катушку LA и LB включают в состав резонансного контура за счет подключения параллельно им конденсаторов CA и CB, которые, в свою очередь, через конденсаторы CmA и CmB подключены к своим приемникам с входными сопротивлениями RA и RB, усиливающих сигнал в РА и PB раз, соответственно. Тогда на выходе приемников получают:To register the NMR signals using two unrelated identical coils L A and L B , each of which has a separate sample, each coil L A and L B is included in the resonant circuit by connecting capacitors C A and C B parallel to them which, in turn, through capacitors C mA and C mB are connected to their receivers with input resistances R A and R B , amplifying the signal by P A and P B times, respectively. Then at the output of the receivers receive:
SA =EA×K(LA,CA,CmB,RA)×PA и SB=EB×K(LB,CB,CmB,RB)×PB.S A = E A × K (L A , C A , C mB , R A ) × P A and S B = E B × K (L B , C B , C mB , R B ) × P B.
Если образцы идентичны (при одинаковом РЧ воздействии дают одинаковый отклик, а, следовательно, одинаковую э.д.с. индукции), идентичны параметры контуров (одинаковые значения индуктивности и емкости), одинаковые технические характеристики приемников (одинаковые входные сопротивления и усиления), то различий в сигналах SA и SB не возникнет.If the samples are identical (with the same RF exposure, they give the same response, and therefore the same emf of the induction), the parameters of the circuits are the same (the same inductance and capacitance values), the same technical characteristics of the receivers (the same input resistances and amplifications), There will be no difference in the signals S A and S B.
Если образцы не идентичны, но при этом идентичны параметры контуров и приемников, то различия образцов можно выявить, сравнивая значения SA и SB.If the samples are not identical, but the parameters of the circuits and receivers are identical, then differences of the samples can be identified by comparing the values of S A and S B.
Если имеется неидентичность хотя бы для одной пары параметров, а всего их - 5 (LA,LB), (CA,CB), (CmA,CmB), (RA,RB), (PA,PB) то результат сравнения образцов оказывается ненадежным.If there is non-identity for at least one pair of parameters, and all of them - 5 (L A, L B), (C A, C B), (C mA, C mB), (R A, R B), (P A , P B ) the result of the sample comparison proves to be unreliable.
Измерения будут ненадежными и в том случае, если в начале измерений настройки контуров и параметры приемников были идентичны, но в дальнейшем из-за температурного дрейфа и других аппаратурных факторов параметры хотя бы для одного из них изменились.The measurements will be unreliable even if at the beginning of the measurements the settings of the circuits and the parameters of the receivers were identical, but later, due to temperature drift and other instrumental factors, the parameters for at least one of them changed.
При использовании заявляемого устройства требования к идентичности относятся лишь к одной паре параметров - LA и LB. Объясняется это следующим.When using the claimed device, the requirements for identity relate only to one pair of parameters - L A and L B. This is explained as follows.
Параметры колебательного контура в заявляемом устройстве определяются двумя индуктивностями L=LA+LB и общей емкостью С. Его резонансная частота определяется формулой: LC=ω-1/2. В цепи этого контура циркулирует ток, образованный, в зависимости от положения переключателя, суммой или разностью э.д.с. индукции от каждого из образцов. А напряжение на общем частотно-задающем конденсаторе С через общий согласующий конденсатор Cm поступает на вход общего приемника. На фиг. 2 представлены эквивалентные электрические схемы, реализуемые при двух способах подключения концов катушек, где в качестве источника э.д.с. надо понимать э.д.с. индукции от прецессирующих магнитных моментов. Э.д.с. индукции меняется по гармоническому закону, поэтому полярность напряжений обозначена для одного и того же момента времени. При одинаковом способе РЧ возбуждения образцов, размещенных в отдельных одинаковых катушках, фазы э.д.с, а, следовательно, и полярности на концах эквивалентных источников напряжений в любой момент времени, совпадают и не зависят от способа соединения этих катушек.The parameters of the oscillating circuit in the inventive device are determined by two inductances L = L A + L B and the total capacitance C. Its resonant frequency is determined by the formula: LC = ω -1/2 . A current generated in the circuit of this circuit is formed, depending on the switch position, by the sum or difference of the emf. induction from each of the samples. And the voltage on the common frequency setting capacitor C through the common matching capacitor C m is fed to the input of the common receiver. FIG. 2 shows the equivalent electrical circuits, implemented with two ways to connect the ends of the coils, where as the source of emf. need to understand emf induction from precessing magnetic moments. Emf induction varies according to the harmonic law, so the polarity of the voltage is indicated for the same point in time. With the same method of RF excitation of samples placed in separate identical coils, the phase of the emf, and, consequently, the polarity at the ends of the equivalent voltage sources at any time, coincide and do not depend on the method of connecting these coils.
Поэтому при двух способах соединения концов катушек на выходе приемника получается:Therefore, with two ways of connecting the ends of the coils at the output of the receiver, it turns out:
S+=(EA+EB)×K(L,C,Cm)×P и S-=(EA-EB)×K(L,C,Cm)×P.S + = (E A + E B ) × K (L, C, C m ) × P and S - = (E A -E B ) × K (L, C, C m ) × P.
Тогда величины, используемые для измерения различий образцов, в частности, SA/SB не зависят от L,C,Cm и Р. Для величины SA/SB, которая равна (S++S-)/(S+-S-), имеем: SA/SB=(EA+EB)/(EA-EB). Т.е., эти величины определяются только различиями в э.д.с, генерируемыми образцами, и не зависит напрямую от аппаратурных факторов. Это связано с тем, что аппаратурные факторы, влияющие на регистрируемый сигнал ЯМР, (настройка контура, согласование с приемником, усиление приемника), одинаково влияют на сигналы от обоих образцов. Поэтому отношение суммарного сигнала к разностному на выходе приемника остается неизменным.Then the values used to measure sample differences, in particular, S A / S B are independent of L, C, C m and P. For a value of S A / S B , which is equal to (S + + S - ) / (S + -S - ), we have: S A / S B = (E A + E B ) / (E A- E B ). That is, these values are determined only by the differences in the emf generated by the samples, and does not directly depend on the instrumental factors. This is due to the fact that the instrumental factors affecting the recorded NMR signal (loop tuning, matching with the receiver, receiver gain) equally affect the signals from both samples. Therefore, the ratio of the total signal to the difference signal at the output of the receiver remains unchanged.
В том случае, если нет необходимости в большом усилении сигнала ЯМР или резонансные элементы встроены в приемнике, то из устройства удаляют конденсаторы, и оно работает как нерезонансный контур. Электрические схемы устройства при двух способах соединения катушек для этого случая приведены на фиг. 3.In the event that there is no need for large amplification of the NMR signal or resonant elements embedded in the receiver, then capacitors are removed from the device, and it works as a non-resonant circuit. Electrical circuits of the device with two methods of connecting the coils for this case are shown in FIG. 3
Вариабельность каждой из величин ЕА и EB по отдельности мало зависит от вариабельности аппаратурных факторов. Это следует из формулы для э.д.с. E~ωMSNf. Даже если предположить, что по каким-то причинам (влияние температуры) возможно изменение площади катушки S, то в обратной пропорции изменится фактор заполнения f, и при неизменных размерах образца величина Е останется неизменной.The variability of each of the values of E A and E B separately depends little on the variability of instrumental factors. This follows from the formula for the emf. E ~ ωMSNf. Even if we assume that for some reason (the effect of temperature) the coil area S can change, then the filling factor f will change in inverse proportion, and at constant sample sizes, the value of E will remain unchanged.
Тем не менее, параметры катушек LA и LB должны быть идентичны. Это касается, в первую очередь, количества витков, поскольку этот параметр напрямую влияет на величину э.д.с. Идентичность остальных параметров необходима для того, чтобы значения индуктивностей LA и LB были равны в любой момент времени. Допускается их изменение, например, под действием температуры, но эти изменения должны быть одинаковы для LA и LB. В противном случае условия регистрации сигналов ЯМР для исследуемых образцов, расположенных в этих катушках, будут неидентичными.However, the parameters of the coils L A and L B must be identical. This concerns, first of all, the number of turns, since this parameter directly affects the emf value. The identity of the remaining parameters is necessary so that the values of the inductances L A and L B are equal at any moment in time. Their change is allowed, for example, under the action of temperature, but these changes must be the same for L A and L B. Otherwise, the conditions for the registration of NMR signals for the studied samples located in these coils will be nonidentical.
Объясняется это следующим. В вышеприведенных расчетах не учитывалось то, что ток, наведенный от э.д.с. индукции, создает в катушке вторичное магнитное поле, воздействующее на спины таким образом, чтобы форсировать их возврат в равновесное состояние - эффект т.н. радиационного затухания (Bloembergen N., Pound R.V. Radiation damping in magnetic resonance experiments // Phys. Rev. 1954; 95: 8-12). Данный эффект приводит к ослаблению регистрируемого сигнала и уширению спектральных линий. Величину вторичного поля H1 внутри катушки с индуктивностью L и площадью витка S можно оценить по формуле LI=H1S, где I - ток, циркулирующий в контуре, вследствие э.д.с. индукции. Таким образом, вторичное поле напрямую зависит от величины индуктивности и площади витка катушки. Хотя эффект радиационного затухания мал, однако для прецизионных измерений необходимо обеспечить условия, при которых он одинаков для сравниваемых образцов. Поскольку через катушки протекает один и тот же ток I, то для равенства значений поля Н1 достаточно, чтобы параметры катушек были одинаковые.This is explained as follows. In the above calculations did not take into account the fact that the current induced from the emf. induction, creates in the coil a secondary magnetic field acting on the backs in such a way as to force their return to the equilibrium state - the effect of so-called. radiation damping (Bloembergen N., Pound RV Radiation damping in magnetic resonance experiments // Phys. Rev. 1954; 95: 8-12). This effect leads to a weakening of the recorded signal and the broadening of spectral lines. The value of the secondary field H 1 inside the coil with inductance L and the area of the coil S can be estimated by the formula LI = H 1 S, where I is the current circulating in the circuit, due to the emf. induction. Thus, the secondary field is directly dependent on the magnitude of the inductance and the area of the coil coil. Although the effect of radiation attenuation is small, however, for precision measurements it is necessary to ensure the conditions under which it is the same for the compared samples. Since the same current I flows through the coils, for the equality of the field values H 1 it is enough that the parameters of the coils are the same.
Следует отметить, что катушки, входящие в состав заявляемого устройства можно использовать не только для регистрации сигналов ЯМР, но и для РЧ возбуждения спиновой системы. Это возможно, поскольку процессы возбуждения спинов и регистрация отклика от них разделены во времени. Такой способ использования одной и той же катушки - как для приема сигнала, так и для генерации РЧ поля, возбуждающего спины (схема Single Coil), является обычным в ЯМР. Поэтому в типовом ЯМР оборудовании на входе приемника устанавливается переключатель прием/передача, с помощью которого подводимые к приемнику концы катушки, могут переключаться к выходу передатчика. В этом случае отпадает необходимость в отдельной передающей катушке, которая должна генерировать однородное РЧ поле B1 в зоне, где расположены исследуемые образцы (схема Cross Coil). Если в схеме Cross Coil используется передающая катушка недостаточно большого размера (соизмеримая или меньшая, чем исследуемые объекты), то усложняется достижение одинакового РЧ поля для двух образцов, разнесенных в пространстве, и ужесточаются требования к расположению объектов - они должны располагаться симметрично относительно ее центра.It should be noted that the coils that are part of the claimed device can be used not only for recording NMR signals, but also for RF excitation of a spin system. This is possible because the processes of spin initiation and registration of the response from them are separated in time. This method of using the same coil, both for receiving a signal and generating a RF field that excites spins (Single Coil circuit), is common in NMR. Therefore, in typical NMR equipment, a receive / transmit switch is installed at the receiver input, with which the coil ends fed to the receiver can be switched to the transmitter output. In this case, there is no need for a separate transmitting coil, which should generate a uniform RF field B 1 in the zone where the test samples are located (Cross Coil scheme). If the transmitting coil is not large enough in the Cross Coil scheme (commensurate or smaller than the objects under study), then it becomes difficult to achieve the same RF field for two samples spaced apart in space, and the requirements for the location of the objects are tightened - they should be located symmetrically relative to its center.
Вариант схемы Single Coil, при котором для возбуждения сигналов ЯМР от разных образцов используются катушки заявляемого устройства, интересен тем, что равенство РЧ полей для каждого образца обеспечивается автоматически. Это связано с тем, что их значения определяются равенством LI=B1S, где I - ток, генерируемый передатчиком. Но поскольку параметры катушек - индуктивность L и площади витка S одинаковы, а сами катушки соединены последовательно, то и ток I одинаков для обоих катушек, а следовательно, и одинаковы значения В1.A variant of the Single Coil scheme, in which the coils of the claimed device are used to excite NMR signals from different samples, is interesting in that the equality of the RF fields for each sample is ensured automatically. This is due to the fact that their values are determined by the equality LI = B 1 S, where I is the current generated by the transmitter. But since the parameters of the coils - the inductance L and the area of the coil S are the same, and the coils themselves are connected in series, the current I is the same for both coils, and consequently, the values of B 1 are the same.
Недостатком схемы Single Coil является разная величина РЧ поля внутри катушки с образцом - она убывает по мере удаления от ее оси. Из-за этого суммарный сигнал ЯМР от образца получается меньше, чем в случае Cross Coil.The disadvantage of the Single Coil scheme is the different size of the RF field inside the coil with the sample - it decreases with distance from its axis. Because of this, the total NMR signal from the sample is less than in the case of Cross Coil.
Спецификой использования катушек устройства в схеме Single Coil является то, что возбуждение РЧ должно происходить всегда при одном и том же варианте соединения этих катушек. Это связано с тем, что фаза э.д.с. индукции определяется фазой поля B1, а для двух вариантов соединений катушек фазы генерируемых катушками полей отличаются на 180 градусов. Если соединения катушек задать одинаковыми как при возбуждении, так и при приеме сигнала, то величины S+окажется равными S-, и сравнение спектральных параметров заявляемым способом окажется невозможным. Поэтому, если предполагается использование катушек устройства не только для приема сигналов ЯМР, но и для генерации поля, необходимо не только задействовать в приемнике переключатель прием/передача, но и предусмотреть установку одинакового варианта соединения катушек в режиме передачи.The specificity of using device coils in the Single Coil scheme is that RF excitation should always occur with the same variant of connection of these coils. This is due to the fact that the phase of the emf. induction is determined by the phase of the field B 1 , and for the two variants of the connections of the coils of the phase the fields generated by the coils differ by 180 degrees. If the coil connections are set the same both when excited and when receiving a signal, then the S + values will be equal to S - , and comparison of the spectral parameters by the claimed method will be impossible. Therefore, if the device coils are supposed to be used not only to receive NMR signals, but also to generate a field, it is necessary not only to activate a receive / transmit switch in the receiver, but also to provide for the installation of the same type of coil connection in transmission mode.
Таким образом, заявляемый способ гораздо надежнее выявляет различия в образцах магнитно-резонансных характеристик, поскольку измерения производятся одновременно, регистрируется сигнал, который напрямую отображает эти различия, а поскольку при измерениях используется один и тот же приемник, и одни и те же частотно-задающие элементы, то вариации их параметров напрямую не влияют на результат измерений, нацеленных на выявление различий в образцах. Немаловажно, что заявляемый способ требует использования только одного приемника вместо двух.Thus, the inventive method reveals much more reliably differences in samples of magnetic resonance characteristics, since measurements are made simultaneously, a signal is recorded that directly reflects these differences, and since the measurements use the same receiver and the same frequency-defining elements , the variations of their parameters do not directly affect the result of measurements aimed at identifying differences in samples. It is important that the claimed method requires the use of only one receiver instead of two.
Косвенным фактором, влияющим на погрешность измерений, является точность настройки контура на резонанс и согласования его с приемником, поскольку при неточной настройке и согласовании сигнал на входе приемника снижается при неизменном уровне шума. Поскольку точность указанных настроек не всегда поддается контролю из-за аппаратурных несовершенств и воздействия дестабилизирующих факторов (например, температурный дрейф) то полезно контролировать отношение сигнала к шуму, и при необходимости - увеличить количество накоплений сигнала.An indirect factor affecting the measurement error is the accuracy of tuning the circuit for resonance and matching it with the receiver, because if there is inaccurate tuning and matching, the signal at the receiver input decreases at a constant noise level. Since the accuracy of these settings is not always monitored due to hardware imperfections and the impact of destabilizing factors (for example, temperature drift), it is useful to monitor the signal-to-noise ratio and, if necessary, increase the number of signal accumulations.
Способ может быть реализован с помощью устройства, схема которого изображена на фиг. 4. На левом фрагменте изображена базовая часть устройства - две одинаковые катушки индуктивности (LA и LB), внутрь которых загружают сравниваемые образцы А и В, и переключателя S1, коммутирующего концы этих катушек, и двух проводов, соединяющих устройство с приемником.The method can be implemented using a device whose circuit is shown in FIG. 4. The left part shows the basic part of the device - two identical inductors (L A and L B ), inside which load the compared samples A and B, and switch S 1 , switching the ends of these coils, and two wires connecting the device to the receiver.
В устройстве возможно подключение между базовой частью и приемником частотно задающих элементов, обеспечивающие резонансные свойства колебательного контура, индуктивность которого составлена из последовательно соединенных индуктивностей LA и LB. Кроме того, предусмотрена возможность подключения к такому контуру элементов для согласования сопротивления контура с входным сопротивлением приемника (обычно - 50 Ом). На центральном фрагменте фиг. 4 приведен один из вариантов подключения данных элементов к базовой части устройства - частотно задающего конденсатора С и согласующего конденсатора Cm.In the device, it is possible to connect between the base part and the receiver of frequency setting elements, providing the resonant properties of an oscillating circuit, the inductance of which is composed of series-connected inductances L A and L B. In addition, it is possible to connect elements to such a contour to match the resistance of the circuit with the input impedance of the receiver (usually 50 Ohms). In the central portion of FIG. 4 shows one of the options for connecting these elements to the base part of the device - the frequency setting capacitor C and the matching capacitor C m .
На правом фрагменте фиг. 4 приведен вариант схемы устройства, позволяющей с помощью переключателя S2 производить отключение конденсаторов без их демонтажа, в результате чего устройство может работать так, как будто задействована только его базовая часть. Такая схема может быть востребована, если отсутствует необходимость в значительном усилении сигнала ЯМР, или в случае, если частотно задающий конденсатор С и согласующий конденсатор Cm уже установлены в приемнике.In the right fragment of FIG. 4 shows a variant of the device circuit that allows using the switch S 2 to disconnect the capacitors without dismantling them, as a result of which the device can operate as if only its basic part is involved. Such a scheme can be required if there is no need for a significant amplification of the NMR signal, or if the frequency setting capacitor C and the matching capacitor C m are already installed in the receiver.
Устройство устанавливают так, чтобы исследуемые образцы оказались в зоне однородного магнитного поля (рабочей зоне) томографа или спектрометра с рабочим зазором достаточным для их размещения. Обычно рабочая зона располагается вблизи геометрического центра магнита. Оси катушек ориентируют перпендикулярно поляризующему магнитному полю.The device is installed so that the test samples are in the zone of a uniform magnetic field (working zone) of the tomograph or spectrometer with a working gap sufficient to accommodate them. Usually the working area is located near the geometric center of the magnet. The axes of the coils are oriented perpendicular to the polarizing magnetic field.
В положении переключателя I (режим I) концы катушек А2 и В2 соединены между собой, а оставшиеся концы A1 и В1 используются для подключения устройства к приемнику. В этом случае на вход приемника поступает напряжение, пропорциональное суммарному сигналу ЯМР от двух образцов (сумме э.д.с. индукции от двух катушек).In the position of the switch I (mode I), the ends of coils A 2 and B 2 are interconnected, and the remaining ends A 1 and B 1 are used to connect the device to the receiver. In this case, the input of the receiver receives a voltage proportional to the total NMR signal from two samples (the sum of the emf induced by two coils).
В положении переключателя II (режим II) соединены концы катушек A1 и В2, а приемник подключается к концам А2 и В1. В этом случае на вход приемника поступает напряжение, пропорциональное разностному сигналу ЯМР от двух образцов (разности э.д.с. индукции от двух катушек).In the position of switch II (mode II), the ends of coils A 1 and B 2 are connected, and the receiver is connected to ends A 2 and B 1 . In this case, the input of the receiver receives a voltage proportional to the difference NMR signal from the two samples (the difference in emf of the induction from the two coils).
Сигналы ЯМР от образцов возникают после импульсного воздействия РЧ импульсов. Т.е. являются откликом спиновой системы на это воздействие.The NMR signals from the samples occur after pulsed exposure to RF pulses. Those. are the response of the spin system to this effect.
Регистрируя отклик спиновой системы при разных положениях соединениях концов катушек (или положений переключателя), можно регистрировать либо сумму сигналов ЯМР от объектов, размещенных в разных катушках, либо их разность. Сигналы сложным образом меняются во времени, поэтому удобно эти суммарные и разностные сигналы представить в виде спектров.By registering the response of the spin system at different positions of the connections of the ends of the coils (or switch positions), you can register either the sum of the NMR signals from objects located in different coils, or their difference. Signals vary in time in a complex way, so it is convenient to present these total and difference signals as spectra.
Если для получения спектров необходимо повысить отношение сигнала к шуму, то накопление сигналов S+и S- производят с их чередованием. В этом случае для коммутации концов катушек целесообразно использовать программно-управляемый переключатель, для чего известны различные конструктивные решения - электронные схемы, например, с использованием переключающих pin-диодов и т.д.If to obtain spectra it is necessary to increase the signal-to-noise ratio, then the accumulation of S + and S - signals is performed with their alternation. In this case, to switch the ends of the coils, it is advisable to use a program-controlled switch, for which various structural solutions are known - electronic circuits, for example, using switching pin diodes, etc.
Примеры реализации изобретенияExamples of the implementation of the invention
Для реализации заявляемого способа были изготовлены два варианта устройства, которые были апробированы на 0.5 Тл MP томографе Bruker Tomikon S50 (далее МРТ) - фиг. 5. Ларморова частота протонов - 21.08 МГц. МРТ содержит передающую катушку 1 диаметром 60 см, жестко зафиксированную в полости сверхпроводящего магнита 2. Катушка 1 нужна для генерации РЧ поля В1 за счет тока, поступающего на нее от внешнего генератора. Это поле нужно для возбуждения ядерных спинов, и оно создается токами, протекающими по кольцевым проводникам, размещенных по бокам цилиндрической поверхности катушки 1. Поэтому поле В1 направлено в горизонтальном направлении перпендикулярно поляризующему полю Bo. На Фиг. 5 направление поля В0 обозначено утолщенной стрелкой.To implement the proposed method, two versions of the device were manufactured, which were tested on a 0.5 T MP Bruker Tomikon S50 tomograph (hereinafter referred to as MRI) - FIG. 5. Larmor's frequency of protons - 21.08 MHz. MRI contains a transmitting
Сверхпроводящий магнит 2, выполнен в виде токового соленоида, погруженного в емкость объемом 1200 л, заполненную жидким гелием. Индукция статического поля магнита 2 в его рабочей части в пределах сферы диаметром 40 см составляет 0,5 Тл. Помещение, в котором расположен магнит 2, экранировано с помощью медных пластин для минимизации влияния на работу МРТ внешних РЧ излучений. В отдельном помещении установлены электронные узлы - процессор, вырабатывающий сигналы управления томографом, передатчик и приемник, на который поступает сигнал ЯМР от предусилителя 6, с последующей его оцифровкой и записью в электронную форму. Сигналы управления томографом - РЧ и градиентные импульсы поступают на усилители мощности и далее на МРТ из отдельного помещения, где расположен блок управления. Его основу составляет компьютер, управляемый оператором. С помощью этого компьютера пересылаются инструкции процессору и принимаются данные об оцифрованном сигнале. На этом же компьютере, которым управляет оператор, происходит обработка данных - реконструкция МРТ изображений и их постпроцессинговая обработка - масштабирование, управление контрастом, объемная обработка, архивация путем записи на диск или в другой носитель, выдача изображений на пленку или в виде распечатки.The
Оба варианта устройства имеют возможность размещаться внутри полости магнита 2. Его расположение в направлении поляризующего поля В0 регулируется с помощью передвижной платформы 4. С помощью РЧ кабеля 5 сигнал от устройства поступает на предварительный усилитель 6.Both versions of the device have the ability to be placed inside the cavity of
Верхняя поверхность передвижной платформы выполнена с прогибом вниз, что мешает устойчивому расположению устройства. Поэтому поверх платформы установлен корпус от фирменной плоскостной катушки 3, верхняя часть которого имеет ровный участок. На этом участке размещалось устройство. Поскольку устройство выполняет функции приемной катушки, то оно соединено кабелем 5 со входом предусилителя 6.The upper surface of the mobile platform is made with a downward deflection, which prevents a stable arrangement of the device. Therefore, on top of the platform, there is a housing from a proprietary
Функции приемной катушки выполняло заявляемое устройство, с помощью которого производилось сравнение образцов, в качестве которых использовались визуально одинаковые сосуды, наполненные водой.The functions of the receiving coil were performed by the inventive device, by means of which the comparison of samples was carried out, which were visually identical vessels filled with water.
Вышеобозначенное оборудование МРТ является типовым, и не требует какой-либо модификации для реализации заявляемого способа. На фиг. 6 устройство с образцами представлено более крупным планом - показано расположение устройства в наиболее простой конфигурации (использованием только базовой части) вместе с исследуемыми объектами в зазоре магнита 2.The above MRI equipment is typical and does not require any modification to implement the proposed method. FIG. 6 shows the device with samples in a larger view, showing the location of the device in the simplest configuration (using only the base part) together with the objects under study in the gap of the
На фиг. 7 представлено более детальное фото практически реализованного устройства для регистрации протонных сигналов на частоте 21.08 МГц. Внутри одновитковых катушек 7 и 8 (LA и LB, согласно Фиг. 4) размещены исследуемые образцы (А и В, согласно Фиг. 4) - стаканы с водой. Толщина провода - 2 мм, диаметр витка - 6 см. Концы катушек идут на переключатель 9. От переключателя отходит один из коммутируемых концов (А1 или А2, согласно фиг. 4) на двухпроводной кабель 5, к другому концу кабеля идет один из концов катушки, который, согласно схеме (Фиг. 4), где он обозначен как В1 не коммутируется. Поскольку в данном случае сигнал/шум больше 100, то необходимости в длительном накоплении сигналов не было. Поэтому использовалась только базовая часть устройства (левый фрагмент фиг. 4), а в качестве переключателя использовано механическое устройство - двухсекционный тумблер.FIG. 7 shows a more detailed photo of a practically implemented device for recording proton signals at a frequency of 21.08 MHz. Inside the single-
Оси катушек (их диаметр 6 см) ориентированы перпендикулярно направлению поля В0. Для возбуждения сигнала ЯМР на передающую катушку 1 подавался РЧ импульс длительностью 100 мкс, после чего регистрировался протонный сигнал от воды. Фурье обработка сигнала дает спектр в виде одиночного пика - фиг. 8.The axis of the coils (their diameter is 6 cm) is oriented perpendicular to the direction of the field B 0 . To excite the NMR signal, an RF pulse with a duration of 100 μs was applied to the transmitting
На фиг. 8 представлены результаты исследований образцов, изображенных на Фиг. 7.FIG. 8 shows the results of studies of the samples depicted in FIG. 7
Здесь представлены спектры S+ (верхний спектр) и S- (нижний спектр). Они получены при разных положениях переключателя. Нулевые линии спектров смещены в вертикальном направлении для удобства визуального восприятия. Разностный спектр S- имеет вид дисперсионной (S-образной) кривой из-за наличия малой неоднородности поляризующего поля вдоль направления, соединяющего центры катушек. Интегрирование спектров позволяет нивелировать этот эффект и оценить значения SA и SB по величинам интегралов, измеренным для S+ и S-. В данном случае эти интегралы равны 1.0 и +0.02138. Тогда SA/SB=(S++S-)/(S+-S-)==1.02138/0.97862=1.04.Here are the spectra of S + (upper spectrum) and S - (lower spectrum). They are obtained at different positions of the switch. The zero lines of the spectra are shifted in the vertical direction for the convenience of visual perception. The difference spectrum S - has the form of a dispersion (S-shaped) curve due to the presence of a small inhomogeneity of the polarizing field along the direction connecting the centers of the coils. Integrating the spectra allows to level this effect and estimate the values of S A and S B by the values of the integrals measured for S + and S - . In this case, these integrals are 1.0 and +0.02138. Then S A / S B = (S + + S - ) / (S + -S - ) == 1.02138 / 0.97862 = 1.04.
Это означает, что сигнал от образца А на 4% больше, чем от образца В. Причиной этого в данном случае является различие в объеме образцов, незаметное визуально, но выявленное путем взвешивания объектов А и В.This means that the signal from sample A is 4% larger than that from sample B. The reason for this in this case is the difference in the volume of the samples, which is unnoticeable, but revealed by weighing objects A and B.
На фиг. 9 приведен другой пример реализации устройства. Оно адаптировано для регистрации сигналов ЯМР от слабо чувствительных ядер - 17О. Его ларморова частота 2.87 МГц, что намного меньше, чем у протона. Поэтому количество витков для катушек увеличено до 25, а сами витки (толщина провода 2 мм) равномерно распределены по высоте картонного цилиндра (диаметр 7.8 см, высота 11.5 см). В базовую часть устройства добавлены элементы С и Cm - соответственно, 10 и 11, необходимые для того, чтобы устройство работало как резонансный контур. Это керамические поворотные конденсаторы переменной емкости - от 8 до 30 пФ. Кроме того, введен программно управляемый переключатель на основе электромагнитного реле 12. С его помощью производится соединение концов катушек так же, как для ручного переключателя, схема которого приведена на фиг. 4. Выбор режима I или II осуществляется путем подачи на обмотку реле напряжения 12 В - при отсутствии напряжения устройство работает в режиме I, при подаче 12 В - в режиме II. Управляющее напряжение поступает на реле с помощью кабеля 13, соединенного с устройством, способным по командам импульсного программатора выдавать 12 В импульсы.FIG. 9 shows another example implementation of the device. It is adapted for recording NMR signals from weakly sensitive nuclei - 17 O. Its Larmor frequency is 2.87 MHz, which is much less than that of a proton. Therefore, the number of turns for the coils is increased to 25, and the turns themselves (
В данном томографе, как и в большинстве типовых моделей, имеются электронные ресурсы и программные средства, чтобы производить переключения режимов в процессе регистрации сигналов ЯМР.In this tomograph, as in most typical models, there are electronic resources and software tools to perform mode switching in the process of recording NMR signals.
Чтобы постоянное магнитное поле томографа не препятствовало работе реле, предусмотрено его размещение вне зазора магнита, для чего соединение реле с катушками устройства проведено с помощью дополнительных проводников, подведенных к контактной площадке 15. Для удобства эксплуатации устройства кабели, подведенные к нему (сигнальный и для управления реле) выполнены экранированными, короткими - 50 см с разъемами типа BNC - 16,17 для соединения их с значительно более длинными кабелями - 4 м, соединяющих устройство с узлами томографа - предусилителем и выходом импульсного программатора.To ensure that the constant magnetic field of the tomograph does not interfere with the operation of the relay, it is provided to be placed outside the magnet gap, for which purpose the relay is connected to the coils of the device using additional conductors connected to the
Для сравнения образцов - две бутылки водки емкостью 0.25 л крепостью 40% производилось многократное накопление сигналов ЯМР 17O с чередованием режимов I и II. Сначала регистрировался сигнал в режиме I, затем - в режиме II. Затем - снова в режиме I, а после в режиме II, и т.д. Результаты регистрации сигналов ЯМР, полученные в режиме I, суммировались, а сумма подвергалась Фурье-обработке, что позволило получить спектр S+. Аналогично суммировались результаты регистрации, полученные в режиме II, с последующим получением спектра S-.For comparison of samples - two bottles of vodka with a capacity of 0.25 l with a strength of 40% produced multiple accumulation of 17O NMR signals with alternation of modes I and II. A signal was first recorded in mode I, then in mode II. Then - again in mode I, and then in mode II, etc. The results of recording the NMR signals obtained in mode I were summed, and the sum was subjected to Fourier processing, which made it possible to obtain the S + spectrum. Similarly, the registration results obtained in mode II were summed up, followed by obtaining the S- spectrum.
На фиг. 10 представлены спектры S+ (верхний спектр) и S- (нижний спектр). Нулевые линии спектров смещены в вертикальном направлении для удобства визуального восприятия. Разностный спектр имеет отчетливо выраженный пик, что свидетельствует о том, что сигнал от образца А больше, чем от В. Причиной этого в данном случае является различие во временах поперечной релаксации Т2, из-за чего сигнал индукции затухает с разной скоростью, что отражается на интенсивности спектральной линии. Сами по себе различия по Т2 обычно связаны с наличием добавок или примесей. Различие по Т2 удобно выявлять по обычным спектрам 17O, а не протонным, поскольку для ядра 17O линии широкие >100 Гц, и для измерения Т2 достаточно сравнить ширину спектральных линий. Линии протонных спектров узкие - их ширина меньше 1 Гц, при том, что неоднородное уширение из-за недостаточной однородности поля В0 в томографе в несколько раз больше. Поэтому выявить различия в Т2 по протонным спектрам нельзя, и требуются более сложные измерения - по методике многократного спинового эхо.FIG. 10 shows the spectra of S + (upper spectrum) and S- (lower spectrum). The zero lines of the spectra are shifted in the vertical direction for the convenience of visual perception. The difference spectrum has a clearly pronounced peak, which indicates that the signal from sample A is greater than from B. The reason for this in this case is the difference in transverse relaxation times T2, due to which the induction signal decays at different speeds, which is reflected in spectral line intensity. T2 differences themselves are usually associated with the presence of additives or impurities. It is convenient to detect the difference in T2 from the usual 17O spectra, rather than proton ones, since for the 17O nucleus the lines are wide> 100 Hz, and to measure T2 it is enough to compare the width of the spectral lines. The lines of the proton spectra are narrow — their width is less than 1 Hz, while the inhomogeneous broadening due to the insufficient uniformity of the B0 field in the tomograph is several times larger. Therefore, it is impossible to identify differences in T2 in the proton spectra, and more complex measurements are required — using the multiple spin echo technique.
Для уточнения причин, обусловивших более низкую подвижность молекул, а, следовательно, и сокращение времени Т2, были проведены МРТ исследования образцов на высокопольном (600 МГц) ЯМР спектрометре Bruker Avance 600. Для этого часть содержимого бутылок помещалось в ампулы диаметром 5 мм. Анализ протонных спектров ЯМР, полученных в результате длимтельного (30 мин.) накопления сигнала, выявил, что в исследуемом образце количество примесей на 15% больше, чем в эталонном. Это вполне может быть причиной сокращения времени релаксации Т2, а, следовательно, и снижения высоты пиков на спектрах 17O. Таким образом, различия в спектральных параметрах образцов, выявленные неинвазивным экспресс-методом (5 мин.), подтвердились путем инвазивного детального (30 мин.) исследования.To clarify the reasons for the lower mobility of the molecules, and, consequently, the shortening of the time T2, MRI studies of the samples were carried out on a high-field (600 MHz) NMR spectrometer Bruker Avance 600. For this, part of the contents of the bottles was placed in
Claims (11)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018127382A RU2691659C1 (en) | 2018-07-25 | 2018-07-25 | Method for non-invasive identification of objects by nmr spectra and device for its implementation |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018127382A RU2691659C1 (en) | 2018-07-25 | 2018-07-25 | Method for non-invasive identification of objects by nmr spectra and device for its implementation |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2691659C1 true RU2691659C1 (en) | 2019-06-17 |
Family
ID=66947841
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018127382A RU2691659C1 (en) | 2018-07-25 | 2018-07-25 | Method for non-invasive identification of objects by nmr spectra and device for its implementation |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2691659C1 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4885541A (en) * | 1988-08-19 | 1989-12-05 | General Electric Company | Apparatus and method for enhanced multiple coil nuclear magnetic resonance (NMR) imaging |
RU2344411C2 (en) * | 2003-06-11 | 2009-01-20 | Спинлок С.Р.Л. | Method, sensing elements and system for detection and/or analysis of compounds simultaneously displaying nuclear quadrupole resonance and nuclear magnetic resonance or dual nuclear quadrupole resonance |
RU2376588C2 (en) * | 2007-07-11 | 2009-12-20 | ФГУ ВПО Российский государственный университет им. И. Канта | Antenna system for detecting nuclear resonance, excluding effect of induced interference and transient processes |
US20130063142A1 (en) * | 2011-09-09 | 2013-03-14 | Timothy Hopper | Multiple Coils for NMR Well-logging Measurements |
RU2653588C2 (en) * | 2013-08-21 | 2018-05-11 | Кроне Аг | Nuclear magnetic flowmeter and method for operating nuclear magnetic flowmeters |
-
2018
- 2018-07-25 RU RU2018127382A patent/RU2691659C1/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4885541A (en) * | 1988-08-19 | 1989-12-05 | General Electric Company | Apparatus and method for enhanced multiple coil nuclear magnetic resonance (NMR) imaging |
RU2344411C2 (en) * | 2003-06-11 | 2009-01-20 | Спинлок С.Р.Л. | Method, sensing elements and system for detection and/or analysis of compounds simultaneously displaying nuclear quadrupole resonance and nuclear magnetic resonance or dual nuclear quadrupole resonance |
RU2376588C2 (en) * | 2007-07-11 | 2009-12-20 | ФГУ ВПО Российский государственный университет им. И. Канта | Antenna system for detecting nuclear resonance, excluding effect of induced interference and transient processes |
US20130063142A1 (en) * | 2011-09-09 | 2013-03-14 | Timothy Hopper | Multiple Coils for NMR Well-logging Measurements |
RU2653588C2 (en) * | 2013-08-21 | 2018-05-11 | Кроне Аг | Nuclear magnetic flowmeter and method for operating nuclear magnetic flowmeters |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Hutchinson М., Raff U., Fast MRI data acquisition using multiple detectors, Magn. Reson. Med., 1988, 6, p. 87-91. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Vaughan et al. | 7T vs. 4T: RF power, homogeneity, and signal‐to‐noise comparison in head images | |
Mitchell et al. | Low-field permanent magnets for industrial process and quality control | |
US8791695B2 (en) | Magnetic resonance apparatus and method | |
Barmet et al. | A transmit/receive system for magnetic field monitoring of in vivo MRI | |
JP3402916B2 (en) | Method for adjusting shim of magnet apparatus of nuclear spin tomography apparatus and apparatus for implementing the method | |
US7439738B2 (en) | Nuclear magnetic resonance detection in inhomogeneous magnetic fields | |
Casabianca et al. | Chirped CPMG for well-logging NMR applications | |
Augustine et al. | Low field magnetic resonance images of polarized noble gases obtained with a dc superconducting quantum interference device | |
US10371774B2 (en) | Method for two field nuclear magnetic resonance measurements | |
US20110181284A1 (en) | Magnetic field gradient monitor apparatus and method | |
Giovannetti et al. | Design and simulation of a Helmholtz coil for Magnetic Resonance Imaging and Spectroscopy experiments with a 3T MR clinical scanner | |
Chen et al. | Low-temperature magnetic resonance imaging with 2.8 μm isotropic resolution | |
US5229722A (en) | Nqr-imaging | |
Chelcea et al. | Distributions of transverse relaxation times for soft-solids measured in strongly inhomogeneous magnetic fields | |
US20140218025A1 (en) | Transverse volume coils and related magnetic resonance systems and methods | |
Price | Recent advances in NMR diffusion techniques for studying drug binding | |
Vashaee et al. | B1 mapping with a pure phase encode approach: quantitative density profiling | |
Balcı et al. | Development of Earth’s field nuclear magnetic resonance (EFNMR) technique for applications in security scanning devices | |
US11519983B2 (en) | Quantum sensor-based receiving unit configured for acquiring MR signals | |
RU2691659C1 (en) | Method for non-invasive identification of objects by nmr spectra and device for its implementation | |
Orlova et al. | New high homogeneity 55 T pulsed magnet for high field NMR | |
US6937013B2 (en) | NMR tool for making formation evaluation measurements using gradient echoes | |
USH1218H (en) | NMR imaging with varying spatial coupling | |
KR102686856B1 (en) | Techniques for determining a nuclear magnetic resonance relaxation time and/or a nuclear magnetic resonance spectrum of a probe | |
Tycko | Micron-scale magnetic resonance imaging based on low temperatures and dynamic nuclear polarization |